高抗菌核病野生甘蓝C01抗性机理及其应用

【摘要】：油菜是人类主要的植物油来源之一,也是不可再生能源物质的重要替代品,广泛栽培于欧洲、北美洲及亚洲。菌核病是油菜最严重的病害之一,其流行可导致油菜减产10—70%,含油量下降1%—5%。随着机械化栽培倡导高密度栽培和气候条件的变迁,该病害可能日趋严重。油菜菌核病的病源菌为核盘菌,该真菌对植物的侵染具有广谱性,可对400多种植物产生侵染。目前人们采用多种方法来防治油菜菌核病。轮作法因为核盘菌的寄主广谱性而收效甚微,化学防控的效果也受多种因素的限制,且会增加油菜生产成本、污染环境。防治菌核病最有效、最经济的方法就是选育抗性品种。然而,现在油菜中匮乏抗病性资源,阻碍了油菜菌核病抗性改良育种和相关的基础研究。 近缘物种抗性资源的发掘与利用是改良油菜菌核病抗性的有效途径。甘蓝与甘蓝型油菜同属十字花科芸薹属物种。与甘蓝型油菜相比,甘蓝有多种栽培型和野生型,遗传多样性丰富,可用于拓宽甘蓝型油菜的遗传基础。重庆市油菜工程技术研究中心从国内外收集了大量的野生甘蓝和栽培甘蓝资源,经菌核病抗性鉴定,发现一份来自Brassica incana野生甘蓝(C01)的菌核病抗性突出,为甘蓝型油菜菌核病抗性改良带来了新的希望。 本研究以野生甘蓝C01及另一份感病甘蓝C41为主要研究材料,观察了该野生甘蓝对核盘菌菌丝的生长、入侵的影响,测定了核盘菌胁迫下叶片中草酸含量的时空变化,分析了多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白编码基因、类萌发素编码基因及SA/JA信号转导途径中相关基因相对表达量动态变化,并以C01为亲本创造了人工合成甘蓝型油菜,检测了人工合成甘蓝型油菜的菌核病抗性,分析了抗性突出的人工合成甘蓝型油菜RB165在核盘菌胁迫下几个病程蛋白编码基因相对表达的动态变化。现将主要结果阐述如下： (1)野生甘蓝C01影响核盘菌菌丝的生长、侵染垫的发育 通过光学显微镜和扫描电镜观察了C01、C41对核盘菌菌丝形态及侵染垫发育的影响,结果表明,较C41而言,菌丝在C01叶片生长缓慢,侵染垫的发育延缓,接种后期形成的侵染垫疏松,且在叶面的分布密度小。 (2)野生甘蓝C01草酸本底含量高且受核盘菌胁迫影响较小 用HPLC测定了核盘菌胁迫下,C01、C41叶片中草酸含量的动态变化,发现C01中的草酸本底值高于C41,其草酸含量随接种时间的延长有所增高,但其变化幅度小于C41的变化幅度。在侵染后期,病斑处的草酸含量较高,但低于病健区草酸含量,在病健区外围,草酸含量更低。 (3)C01中PGlP基因受核盘菌胁迫诱导表达 检测核盘菌胁迫下,C01、C41叶片多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白编码基因(PGIP)5个成员相对表达量的动态变化,结果表明PGIP1、PGIP5受核盘菌诱导表达,而PGIP9.PGIPl2表达受核盘菌胁迫抑制,PGIP2在甘蓝(C01、C41)中表达量低,在甘蓝型油菜中油821(ZY821)中受核盘菌胁迫诱导,C01和C41中PGIP基因的表达模式相似,但在C01中的相对表达量较高。 (4)C01中GLP基因的表达量受核盘菌胁迫诱导表达 CLP基因受核盘菌的诱导表达,但GLP3在接种早期受到诱导表达,GLP12在接种后期被诱导表达,且两基因在C01中的相对表达量高于C41。 (5)C01的防御反应受SA、JA途径协作调控 核盘菌胁迫下,SA、JA信号途径部分标志基因相对表达都不同程度受到诱导表达,SA、JA信号转导途径都被激活,可能两条途径交叉作用,利于甘蓝、甘蓝型油菜抗性产生,但是SA途径较JA途径被较早激活。 (6)以C01为亲本获得了抗性改良的人工合成甘蓝型油菜 以C01为亲本,获得了人工合成甘蓝型油菜。通过离体叶片鉴定、离体茎杆鉴定检测了人工合成甘蓝型油菜的菌核病抗性,结果表明,人工合成甘蓝型油菜的抗性强于对照甘蓝型油菜中油821,且甘蓝材料抗性与人工合成甘蓝型油菜抗性中度相关。 (7)人工合成甘蓝型油菜的抗性与几个病程蛋白编码基因表达水平并无直接关系 人工合成甘蓝型油菜RB165的菌核病抗性低于其抗病亲本C01,但高于目前广泛栽培的耐菌核病油菜品种ZY821(中油821)和ZS9(中双9号)；试材对菌核病的抗性水平与OXO、Cu/Zn SOD、PR2、PR3的表达动态变化没有直接关系。